Forschung -

Die Lösung für zukünftige Nanochips kommt aus der Luft

Forscher der RMIT University haben einen neuartigen Transistor entwickelt. Anstatt elektrische Ströme durch Silizium zu leiten, sendet dieser Transistortyp Elektronen durch enge Luftspalte, wo sie ungehindert wie im Weltraum wandern können.

Das in "Nano Letters" vorgestellte Bauelement benötigt keine Halbleiter, wodurch es schneller und weniger anfällig für Erwärmung ist.

Nach Meinung von der Dr. Shruti Nirantar könnte dieses vielversprechende Proof-of-Concept-Design für Nanochips, als Kombination von Metall und Luftspalten, die Elektronik revolutionieren.

"Jeder Computer und jedes Telefon hat Millionen bis Milliarden von Transistoren aus Silizium, aber diese Technologie stößt an ihre physikalischen Grenzen, da die Siliziumatome dem Stromfluss im Weg stehen, die Geschwindigkeit begrenzen und Wärme erzeugen", sagte Nirantar.

"Unsere Luftkanal-Transistortechnologie lässt den Strom durch die Luft fließen, sodass es keine Kollisionen gibt, die den Stromfluss verlangsamen. Und es gibt auch keinen Widerstand im Material, der Wärme erzeugt."

Die Leistung von Computerchips - oder die Anzahl der auf einen Siliziumchip integrierten Transistoren - nimmt seit Jahrzehnten auf einem vorhersehbaren Weg zu und verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre.

Aber diese Geschwindigkeit des Fortschritts, bekannt als Moore's Law, hat sich in den letzten Jahren verlangsamt, da es für Ingenieure immer schwieriger wird, Transistorelemente, die bereits kleiner als die kleinsten Viren sind, noch kleiner zu machen.

"Unsere Technologie geht einfach einen anderen Weg der Transistorminiaturisierung, damit das Moore'sche Gesetz noch mehrere Jahrzehnte fortbestehen kann", sagte Shruti.

Forschungsteamleiter Professor Sharath Sriram sagte, dass das neue Design einen großen Fehler in traditionellen Festkanaltransistoren gelöst hat - denn sie sind vollgepackt mit Atomen. Das bedeutet, dass Elektronen, die durch sie hindurchwandern, kollidieren, verlangsamen und Energie als Wärme verschwenden.

"Man stelle sich vor, dass man auf einer dicht bevölkerten Straße geht, um von Punkt A nach B zu gelangen. Die Menge verlangsamt den Fortschritt und entzieht einem die Energie", sagte Sriram. "Im luftleeren Raum zu reisen ist dagegen wie eine leere Autobahn, auf der man mit höherer Energieeffizienz schneller fahren kann."

Aber obwohl dieses Konzept offensichtlich ist, würden Vakuumverpackungslösungen um Transistoren herum sie schneller aber auch viel größer machen, sodass ein derartiges Konzept nicht realisierbar ist.

"Wir lösen das Problem, indem wir eine Nanolücke zwischen zwei Metallpunkten schaffen. Der Abstand ist nur wenige zehn Nanometer oder 50000-mal kleiner als die Breite eines menschlichen Haares, aber es genügt, Elektronen zu täuschen, dass sie durch ein Vakuum wandern, und so einen virtuellen Außenraum für Elektronen innerhalb des Nanoluftspalts wiederherstellen", sagte Sriram.

Das Nanoelement ist so konzipiert, dass es mit modernen industriellen Fertigungs- und Entwicklungsprozessen kompatibel ist. Es hat auch Anwendungen im Weltraum - sowohl als strahlungsresistente Elektronik als auch zur Nutzung der Elektronenemission für die Steuerung und Positionierung von Nanosatelliten.

"Dies ist ein Schritt in Richtung einer sehr interessanten Technologie, die darauf abzielt, etwas aus dem Nichts zu erschaffen, um die Geschwindigkeit der Elektronik deutlich zu erhöhen und das Tempo des schnellen technologischen Fortschritts aufrechtzuerhalten", sagte Sriram.

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